## MANAJEMEN ENERGI  HIBRID  BIOGAS DAN ENERGI SURYA PADA SUPLAI TENAGA LISTRIK INDUSTRI PETERNAKAN

## Zainal Abidin
Program Studi Teknik Elektro, Universitas Islam Lamongan, Jawa Timur inal9474@gmail.com

## ABSTRACT
Implementation  of  the  project  in  the  hybrid  generation  system  solar  and  biogas  have  timemanagement  to  load requirement. This research used biogas generator 2500 VA (2.5 KVA) andsolar cells 100 WP. Serve the AC load in same time at maximum load of about 6-8 hours. If it’sused to serve load AC and DC mixed load can be used about 6 hours with a maximum load of2500 VA, while the solar cells can be used in 10-12 hours with maximum power 800 Watt (DCload). For used DC only for LED load with a maximum load of 3300 W will then use a longerrange until 12 hours.To development and regulation of power quality hibrid system needs planning and furtherdevelopment  to increase  the  capacity  of  the  electric  power,  benefit  both  to  society  and  thedevelopment of a better system. The load on the frequency stability of biogas plants are stillinfluenced by the level of gas pressure that will determine the time  of  power  generation.  Whilethe  solar  energy  output  AC  voltage  inverter  is  affected  DC  voltage  to  AC.  Biogas generator hasthe disadvantage can not work continuously, it’s working for 4-5 hours, and had to rest for 30minutes. Energy  management  of  the  power  generation  system  on  a  small  load  can  be  carried  outas  much  as  possible  to regulate the use of loads.
Keywords : hybrid, biogas, solar cell,  energy management

## INTISARI
Pelaksanaan  uji  coba  didapatkan  pada  perencanaan  sistem  pembangkit  hibrid  sel  surya  dan  biogas  dibutuhkan manajemen waktu pada kebutuhan beban. Pada pelaksanaan penelitian digunakan generator biogas 2500 VA (2,5 KVA) dan sel surya 100 WP.  Untuk melayani beban AC secara bersaman maka waktu penyalaan beban maksimum sekitar 6- 8 jam. Sedangkan jika digunakan untuk melayani beban campuran dimana generator biogas digunakan untuk beban AC dan  sel  surya  untuk  penyalaan  beban  lampu  DC,  maka  generator  biogas  dapat  digunakan  sekitar  6    jam  dengan maksimum beban 2500 VA, sedangkan sel surya dapat digunakan sekitar  10-12 jam dengan daya maksimum 800 Watt (beban  DC).  Jika  digunakan  dalam  beban  lampu  LED  DC  dengan  beban  maksimum  3300  W  maka  pemakaian  akan lebih lama berkisar antara 12  jam.
Dalam rangka pengembangan dan mengatur kualitas daya dari hibrid biogas dan energi surya maka perlu perencanaan dan  pengembangan  lebih  lanjut  untuk  meningkatkan  kapasitas  daya  listrik,  kemanfaatan  bagi  masyarakat  dan  juga pengembangan  sistem  yang  lebih  baik.  Stabilitas  frekuensi  beban  pada  pembangkit  biogas  masih  dipengaruhi  tingkat tekanan  gas  yang  akan  menentukan  waktu  pembangkitan  listrik.  Sedangkan  pada  energi  surya  output  tegangan  AC dipengaruhi  kualitas  inverter  dalam  merubah  tegangan  DC  ke  AC.  Sedangkan  pada  generator  biogas  memiliki kelemahan tidak dapat bekerja terus menerus, generator bekerja  selama 4-5 jam, dan harus istirahat selama 30 menit. Managemen  energi  dari  sistem  pembangkit  listrik  pada  beban  kecil  dapat  dilakukan  semaksimal  mungkin  dengan mengatur penggunaan beban.
Kata kunci : hibrid, biogas, energi surya,  manajemen energi

## I. PENDAHULUAN
Krisis  energi  daerah  yang  terjadi  akan mengakibatkan  krisis  energi  nasional.  Hal  ini seiring  dengan  UU  No.  30  tahun  2007  tentang energi,  maka  tiap  daerah  perlu  menyusun perencanaan  energi  dan  kelistrikan  daerah dengan  memanfaatkan  potensi  energi  daerah.
Hal  ini  juga  sejalan  dengan  rencana road  map perencanaan strategis nasional yang termasuk di dalamnya  adalah  peningkatan  penelitian  dan pengembangan  di  bidang  energi  terbarukan. Tujuannya  adalah  menganalisis  penggunaan energi baru terbarukan dan juga energi alternatif lainnya  yang  mampu  mengurangi  kebutuhan
akan  bahan  bakar  minyak,  dan  beralih  pada penggunaan energi terbarukan.
Dalam  penelitian  ini,  peneliti  mengambil lokasi penelitian pada salah satu peternakan sapi yang  ada  di  Kabupaten  Lamongan.  Sebelum meneliti lebih jauh maka kita harus mengetahui latar  belakang  tema  penelitian  ini.  Kondisi energi  dan  ketenagalistrikan  di  Kabupaten Lamongan
Jawa Timur mengalami ketidakseimbangan antara pertumbuhan penduduk  dan  industri.  Bila  tidak  segera dilakukan perencanaan energi dan ketenagalistrikan  daerah  yang  memanfaatkan potensi  yang  dimiliki  Kabupaten  Lamongan, ketidakseimbangan  ini  akan  mengakibatkan jumlah  permintaan  energi  listrik  lebih  banyak daripada daya mampu yang dihasilkan pembangkit  saat  ini  yang  sudah  beroperasi. Selain  itu,  rasio  elektrifikasi  Kabupaten Lamongan  saat  ini  masih  minim  yaitu  sebesar 67,84% dan energi  listrik  per kapita Kabupaten Lamongan  adalah  205,3  kwh  per  kapita.  Di daerah  Kabupaten  Lamongan  konsumsi  energi perkapita  relatif  rendah,  sedangkan  memiliki intensitas energi cukup tinggi.
Potensi  energi  terbarukan  di  Kabupaten Lamongan dapat dimanfaatkan untuk pembangkitan energi listrik, namun penggunaan yang  paling  mungkin  adalah  biogas  dan  energi surya. Gelombang laut, air dan angin membutuhkan  riset  yang  tidak  sedikit  .  Yang paling mungkin dikembangkan dengan memperhatikan  banyak  faktor  terutama  di Lamongan merupakan sebagian besar
masyarakat  petani  baik  petani  sawah,  peternak maupun sektor perikanan. Lamongan merupakan  daerah  merupakan  daerah  berbasis agraris,  di  bagian  selatan  adalah  agraris pertanian  dan  peternakan,  sementara  bagian utara  adalah  agraris  kelautan  dan  peternakan. Dari data Dinas Peternakan Kabupaten Lamongan  tahun  2010  jumlah  ternak  sapi sebanyak  60.299  ekor.  Kambing  sebanyak 54.801 ekor dan Domba sebanyak 39.850 ekor. Dari  jumlah  hewan  ternak  tersebut  tentunya memiliki  potensi  energi  biogas  yang  cukup besar. Sementara dari potensi energi surya Jawa Timur rata-rata 4,3 Kw/m2 (ESDM Jawa Timur, 2008)  dan  Lamongan  memiliki  potensi  energi surya  sebesar  177.750  MWh  sementara  potensi Biogas sebesar 97,09 MWh.
Dengan  latar  belakang  di  atas,  peneliti mencoba  mendalami  pemanfaatan  dan  potensi biogas  dan  energi  surya  untuk  membangkitkan energi  listrik  yang  dapat  digunakan  dan dimanfaatkan  masyarakat  secara  hibrid  untuk pemenuhan alternatif kebutuhan akan energi.

## II. METODE PENELITIAN

## A. Alat dan Bahan
Alat  dan  bahan  yang  digunakan  pada penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Laptop Asus L45 core i5
2. Sel Surya 2 x 50 WP
3. Bateray Accu 100 W
4. Inverter 1000 Watt
5. Kontroller Sel Surya
6. Digester Biogas
7. Generator Biogas 2500 VA
8. Saklar, beban lampu dan stop kontak
9. MCB

## B. Tempat Penelitian
Kandang  Kelompok  Ternak  H.Suwigno Desa Puter Kec. Kembangbahu Lamongan.

## C. Metode Penelitian
Penelitian  dengan  eksperimen  lapangan dengan berpegangan pada literatur dan referensi.

## D. Analisis Data
Data  pengukuran  hasil  alat  ukur  :  AVO meter, Osiloskop dan Watt meter. Diolah secara sederhana dengan Microsoft Excel.

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

## A. Data Sel Surya
Sel surya yang digunakan dalam penelitian ini  adalah  panel  surya  2  x  50  WP  yang terhubung  pararel.  Dalam  penelitian  selama  8 bulan  terpasang  di  lapangan  dengan  kondisi cuaca cerah pada bulan Januari hingga Agustus. Adapun  hasil  pengukuran  dan  aplikasi  beban lampu  LHE  ditunjukkan  pada  tabel  1  sebagai berikut :
Tabel 1. Data Pembebanan Sel surya Bulan Vout (inv) rata-rata (AC) Pmaks (rata- rata) Waktu optimal penyalaan beban (AC) Vout battery Pmaks (DC) Waktu optimal penyalaan beban (DC) Januari 220 950 2.5 12 980 12 Februari 220 975 3 12 980 12 Maret 220 945 3.5 12 980 12 April 220 950 3 12 975 11 Mei 220 950 3.5 12 975 11 Juni 220 950 4 12 985 12 Juli 220 950 4 12 985 12 Agustus 220 975 3 12 975 11
Pada  Tabel  1,  pengisian  baterai  tergantung  dari intensitas  sinar    matahari    dari  modul  surya  ke baterai.  Inverter  terhubung  ke  beban  lampu LHE 20 W sebanyak 20 buah. Pengukuran yang dilakukan  adalah  pengukuran  tegangan  output inverter  dan  arus  yang  mengalir  kepada rangkaian  lampu.  Pengujian  juga  dilakukan dengan  menggunakan    beban  lampu  TL  20  W DC  sebanyak  20  tanpa  menggunakan  inverter  , beban  lampu  terhubung  ke  kontroler  yang terhubung ke baterai.

## Gambar 1. Grafik Output Sel Surya dengan Pembebanan

## B. Data Biogas
Pengukuran tekanan biogas dilakukan pada instalasi  biogas  di  Desa  Puter  Kembangbahu Lamongan  selama  7  kali  pengamatan.    Dengan kapasitas  2  kubik  (m 3 )  ,  dengan  perbandingan campuran  kotoran  sapi  :  air  sebanyak  1:2 didapatkan rata-rata tekanan seperti pada tabel 2 berikut :

## Tabel 2. Pengamatan Tekanan Rata-rata Digester Instalasi Biogas
Pengamatan Tekanan 1 0 2 1
3
1,5 4 2,2 5 2,4 6 2,7 7 2,7
Dengan  jumlah    ternak  sapi  sebanyak  60 ekor,    maka  sesuai  data  teori  peternakan  ini termasuk  peternakan  sedang    dan  tiap  1  ekor sapi menghasilkan 0,94  m 3 / ekor / hari. [3]
Gambar 2 Instalasi Biogas
0 200 400 600 800 1000 1200 Vout (inv) rata-rata (AC) Pmaks (rata-rata) Waktu optimal penyalaan beban (AC)

## C. Pengujian Genset dengan Bahan Bakar Biogas
Pengujian ini menggunakan bensin sebagai bahan  bakar  penggerak  awal.  Genset  berbahan bakar dual, yakni bensin dan gas.  Pengujian ini dilakukan  dengan  menghidupkan  dan  mengatur
kran campuran udara-biogas hingga mesin stabil. Genset  yang  digunakan  adalah  Genset  merk Honda  2500  VA,  hasil  dari  pengukuran tegangan  output    dan  daya  listrik  yang dihasilkan dapat dilihat pada Tabel 3  berikut :
Tabel 3. Hasil Pengujian Generator  Berbahan Bakar Biogas
Bulan Vout (AC) rata2 Pout (W) rata2 Masa Nyala Mesin (jam) Januari 220 2150 5 Februari 220 2000 5 Maret 220 2000 5 April 220 2200 5 Mei 220 2300 5 Juni 220 2350 5 Juli 220 2350 5 Agustus 220 2350 5 Rata-rata 2212.5
Dari  Tabel  3  di  atas  didapat  kerja  mesin kurang maksimal karena tekanan biogas sangat berpengaruh pada kerja mesin, dengan tekanan yang    kurang  stabil  pada  metan  70  %  daya output  genset  menjadi  sekitar  80%  -85%  dari daya normal.

## D. Pengujian  Hibrid  Sel  Surya  dan  Genset Biogas
Pengujian  dari  kedua  sistem  pembangkit ini  dilakukan  secara  bersamaan  secara  hibrid dengan  beban  lampu  AC    dan  didapat  hasil pada Tabel 4 berikut :

## Tabel 4. Daya Hibrid Sel Surya dan Genset Biogas
Bulan P sel surya P Biogas Total Daya (W) Januari 950 2150 3100 Februari 975 2100 3075 Maret 945 2140 3085 April 950 2200 3150 Mei 950 2300 3250 Juni 950 2350 3300 Juli 950 2350 3300 Agustus 975 2350 3325 Rata-rata 3198.125

## Gambar 4. Output Daya Hibrid Biogas dan Energi
Surya

## E. Pembahasan
Dari  data  tabel  pembebanan  sel  surya dapat  dijelaskan  bahwa  pengisian  baterai  dari sel surya jika maksimum akan bekerja dengan maksimum  pada  pembebanan  lampu.  Namun jika  intensitas  cahaya  matahari  kurang  / kondisi mendung maka pengisian baterai tidak maksimum  sehingga  mempengaruhi  waktu pembebanan.  Untuk  kebutuhan  beban  yang lebih besar maka dibutuhkan panel surya yang memiliki daya lebih besar,  baterai dengan arus yang  lebih  besar  dan  ukuran  inverter  yang memiliki  daya  yang lebih besar sesuai  dengan kebutuhan beban.
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 P sel surya P Biogas Total Daya
Kapasitas daya panel surya dapat dihitung dengan memperhatikan beberapa faktor yaitu :
a. Kebutuhan energi sistem yang disyaratkan.  Kebutuhan  energi  selama  6 jam  disyaratkan  memiliki  kapasitas  daya sel surya 900 Wh.
a. Intensitas  radiasi  matahahari.  Data  BMG dan  NASA  dapat  dilihat  bahwa  radiasi harian  matahari  untuk  wilayah  Jawa Timur adalah 4,3 kW/ m 2 . c.   Faktor  penyesuaian.  Faktor  penyesuaian pada rata-rata instalasi pembangkit energi surya adalah 1,1 [3].
Kapasitas daya panel surya  =
dimana WIM = waktu insolasi matahari fp = faktor penyesuaian
Daya  yang  dihasilkan  oleh  panel  surya maksimum  diukur  dengan  besaran  Wattpeak (Wp),  yang  konversinya  terhadap  Watthour (Wh)  tergantung  intensitas  cahaya  matahari yang  mengenai  permukaan  panel.  Selanjutnya daya yang dikeluarkan oleh panel surya adalah daya panel dikalikan lama penyinaran.
Di  Indonesia,  daya  (Wh)  yang  dihasilkan perhari  biasanya  sekitar  3-5  kali  daya  panel maksimum (Wp), 3 kali untuk cuaca mendung, dan 5 kali untuk kondisi panas terik. Misalnya untuk  sebuah  panel  surya  berdaya  maksimum 50  Wp,  daya  yang  dihasilkan  pada  cuaca mendung perhari adalah 3 kali 50 Wp atau 150 Wp, dan pada cuaca cerah adalah 5 kali 50 Wp atau 250 Wp.

## F. Kapasitas Baterai
Satuan  energi  listrik  dalam  watt  hour (Wh) dikonversikan menjadi amper hour (Ah) yang  sesuai  dengan  satuan  kapasitas  baterai sebagai berikut :
Ah =
Hari  otonom  (d)  yang  ditentukan  adalah satu  hari,    pada  baterai  hanya  menyimpan energi dan menyalurkannya pada hari itu juga. Besarnya deep  of  discharge (DoD)  pada baterai  adalah  80  %  (Mark  Hankins,  1991). Kapasitas baterai yang dibutuhkan adalah :
Cb = = .
=  62,3
Untuk  mengantisipasi  kondisi  terburuk pada  kondisi  satu  hari  tanpa  sinar  matahari maka  kapasitas  baterai  dapat  ditingkatkan dengan menambah baterai terhubung pararel.

## G. Pengujian Inverter
Untuk  menghasilkan  kualitas  daya  output inverter , digunakan inverter dengan modifikasi dari gelombang square ke gelombang sinus.

## H. Pengujian Genset Biogas
Dari  data  tabel  3  didapatkan  bahwa penggunaan  biogas  sebagai  bahan  bakar generator set akan  berpengaruh  terhadap kualitas daya  generator.  Generator tidak dapat bekerja  maksimum,  karena  tekanan  gas methan  80%  memiliki  titik  nyala  yang  tinggi sehingga kompresi mesin menjadi lambat.
[1]. Hibrid Sel Surya dan Biogas
Pada  penelitian    perencanaan    sistem hibrid  sel  surya  dan  biogas  dibutuhkan manajemen  waktu  pada  kebutuhan  beban. Untuk  melayani  beban  AC  secara  bersaman maka  waktu  penyalaan  beban  maksimum sekitar  3  –  5  jam.  Sedangkan  jika  digunakan untuk  melayani  beban  campuran  dimana generator  biogas  digunakan  untuk  beban  AC dan  sel  surya  untuk  penyalaan  beban  lampu DC,  maka  generator  biogas  dapat  digunakan sekitar  3-4  jam    dengan  maksimum  beban  ± 2500 W, sedangkan sel surya dapat digunakan sekitar  ±  12  jam  dengan  daya  maksimum  800 Watt (beban DC).
Uji  coba  didapatkan  pada  perencanaan sistem pembangkit hibrid sel surya dan biogas dibutuhkan manajemen waktu pada kebutuhan beban. Pada pelaksanaan penelitian digunakan generator biogas 2500 VA  (2,5 KVA) dan sel surya  100  WP.    Untuk  melayani  beban  AC secara bersaman maka waktu penyalaan beban maksimum  sekitar  6-8  jam.  Sedangkan  jika digunakan  untuk  melayani  beban  campuran dimana  generator  biogas  digunakan  untuk beban  AC  dan  sel  surya  untuk  penyalaan beban lampu DC, maka generator biogas dapat digunakan  sekitar  6    jam  dengan  maksimum beban  2500  VA,  sedangkan  sel  surya  dapat digunakan  sekitar    10-12  jam  dengan  daya maksimum  800  Watt  (beban  DC).  Jika
digunakan  dalam  beban  lampu  LED  DC dengan  beban  maksimum  3300  W  maka pemakaian  akan  lebih  lama  berkisar  antara  12 jam.
Dalam rangka pengembangan dan mengatur  kualitas  daya  dari  hibrid  biogas  dan energi  surya  maka  perlu  perencanaan  dan pengembangan lebih lanjut untuk meningkatkan kapasitas daya listrik, kemanfaatan  bagi  masyarakat  dan  juga pengembangan  sistem  yang  lebih  baik. Stabilitas  frekuensi  beban  pada  pembangkit
biogas  masih  dipengaruhi  tingkat  tekanan  gas yang  akan  menentukan  waktu  pembangkitan listrik.  Sedangkan  pada  energi  surya  output tegangan  AC  dipengaruhi  kualitas  inverter dalam  merubah  tegangan  DC  ke  AC. Sedangkan  pada  generator  biogas  memiliki kelemahan  tidak  dapat  bekerja  terus  menerus, generator  bekerja    selama  4-5  jam,  dan  harus istirahat  selama  30  menit.  Managemen  energi dari sistem pembangkit listrik pada beban kecil dapat  dilakukan  semaksimal  mungkin  dengan mengatur penggunaan beban.

## [2]. Penggunaan Beban Hibrid Biogas-Energi Surya (Sel Surya)
Tabel 5.  Pembagian Beban Hibrid Biogas-Sel Surya Ruang Lampu LHE Lampu LHE Stop Kontak Total Daya (W) 10 Watt Daya (W) 20 Watt Daya (W) 250 VA Daya (W) (P) Jumlah Jumlah Jumlah Kandang I 5 50 5 100 2 500 650 Kandang II 10 100 10 200 2 500 800 Jalan 10 100 10 200 0 0 300 Teras Rumah Warga 10 100 25 500 0 600 Ruang penjaga Kandang 4 40 4 80 2 500 620 Cadangan 228 Total Daya 3198  W Arus Total 14.5  A
Tabel  5  di  atas  adalah  pembagian  beban tegangan  satu  fase  dari  sistem  hibrid  biogas dan  sel  surya  dengan  kisaran  rata-rata  daya total 3198 W.
Penggunaan  daya  total  yang  tidak  terlalu besar  pada  lokasi  peternakan  dan  lingkungan sekitar  dapat  diefektifkan  sesuai  dengan penggunaan beban yang ada.

## V. KESIMPULAN
Uji  coba  didapatkan  pada  perencanaan sistem pembangkit hibrid sel surya dan biogas dibutuhkan manajemen waktu pada kebutuhan beban. Pada pelaksanaan penelitian digunakan
generator biogas 2500 VA  (2,5 KVA) dan sel surya  100  WP.    Untuk  melayani  beban  AC secara bersaman maka waktu penyalaan beban maksimum  sekitar  6-8  jam.  Sedangkan  jika digunakan  untuk  melayani  beban  campuran dimana  generator  biogas  digunakan  untuk beban  AC  dan  sel  surya  untuk  penyalaan beban lampu DC, maka generator biogas dapat digunakan  sekitar  6    jam  dengan  maksimum beban  2500  VA,  sedangkan  sel  surya  dapat digunakan  sekitar    10-12  jam  dengan  daya maksimum  800  Watt  (beban  DC).  Jika digunakan  dalam  beban  lampu  LED  DC dengan  beban  maksimum  3300  W  maka pemakaian  akan  lebih  lama  berkisar  antara  12 jam.

## REFERENSI
[1]. Balai  Pengkajian  Teknologi  Pertanian Kaltim.  Pemanfaatan  Limbah  Ternak Sapi  menghasilkan  Biogas.  Pupuk  dan
PakanDenys,  M.J  and  Couturier,  MC.
1999.  Biogas-Biofuel.  Lille  France, Metroploe-Communaute Urbaine Solagro
[2]. Budi  Prijo  Sembodo,  2009.  Rancang Bangun  Genset  menggunakan  energi biogas. Teknik Industri Unipa
[3]. Direktorat  Jenderal  Pertanian,  2006. Teknologi Bioenergi
[4]. D.  W.  Augustine  and  K.S.  P.  Kumar,  A method  for  self-tuning  a  PID  controller for  control  of  small  to  medium  sized diesel engines, IEEE International
Conference  on  System  Engineering,
P.85-88 1-3 Aug. 1991.
[5]. Govil,  GP,  2003.  Small  Biogas  Engine Conversion  Kit  Rural  Application  (No Petrol No Diesel )
[6]. Kadir,  Abdul.  Energi,  Sumber  Daya, Inovasi,  Tenaga  Listrik  dan  Potensi Ekonomi